Научный журнал

Успехи современного естествознания

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

• Авторы
• Файлы

Обухов Д.К. Пущина Е.В. Вараксин А.А.

Статья в формате PDF

319 KB

В сообщении представлен краткий обзор собственных и литературных данных о распространении и роли «газообразных» нейромедиаторов в структурах ЦНС позвоночных животных, среди которых наиболее известными являются оксид азота (NO) и сульфид водорода (H₂S, сероводород).

Оксид азота был впервые идентифицирован в нервной системе млекопитающих как фактор релаксации гладкой мускулатуры сосудов (Abe, Kimura, 1968). В последующем было показано, что NO широко представлен в структурах нервной системы животных и человека, принимая участие в регуляции множества функций организма. Молекула NO синтезируется в клетках ферментативным путем из гуанидинового остатка L-аргинина с помощью трех изоферментов синтазы окиси азота (NOS): нейрональной nNOS, индуцибельной iNOS и эндотелиальной eNOS. Гистохимическим маркером нитроксидэргических нейронов является NADPH - диафораза, которая метаболически связана с nNOS. (Нейрохимия, 2010).

У костистых рыб нейрональная синтаза окиси азота обнаружена в нейронах и волокнах практически во всех отделах головного мозга, а также в спинном мозге. Установлено, что NADPH-диафораза в мозге рыб присутствует в различных типах нейронов и в глиальных клетках: астроцитах, олигодендроцитах, таницитах. Таким образом, NO-продуцирующие системы мозга костистых рыб представляют собой гетерогенную в морфологическом и функциональном плане популяцию нейронов и глиоцитов. (Пущина и др., 2011, в печати). Распределение nNOS и NADPH-диафоразы в головном мозге лосося-симы Oncorhynshus masou, указывают на то, что NO-продуцирующие системы представляют собой отдельные, не перекрывающиеся между собой нейронные комплексы, выполняющие специализированные функции в работе местных нейронных сетей. В частности NO-содержащие нейроны обнаружены в конечном мозге, где они модулируют высвобождение стриатарных нейрономедиаторов. В экспериментах с апликацией оксида азота в составе NO-содержащих смесей в стриатум конечного мозга было отмечено увеличению высвобождения ацетилхолина, ГАМК и глутамата из синапсов. Известно, что при участии дофамина, ГАМК, глутамата и ацетилхолина формируется базовый уровень продукции NO, модулирующий высвобождение стриатарных нейротрансмиттеров. Это происходит либо непосредственно путем взаимодействия NO на синаптические ионные каналы с последующей трансформацией NMDA-рецепторов, либо опосредованно, через воздействие на соседние нейроны паракринным путем. Принимая во внимание тот факт, что конечный мозг рыб, как и других позвоночных животных и человека, является важнейшим интегративным центром ЦНС, роль оксида азота в регуляции работы высших отделов головного мозга представляется очень важной (Андреева, Обухов, 1999, Wullimann, 1998).

Ясно, что преобразование сенсорных сигналов, поступающих от различных рецепторов в сенсорные центры ствола мозга, обеспечивает быструю передачу информации к высшим отделам ЦНС и, как результат, формирование адекватной реакции организма в ответ на внешние и внутренние стимулы. Наличие NO-нейронов в сомато- и висцеросенсорных (V, VII, IX-X) и висцеромоторных (III, IV, VI) ядрах черепно-мозговых нервов свидетельствует о модулирующей роли оксида азота в работе сенсо-моторных центров ствола мозга (Пущина, 2007).

В последние годы были получены данные о существенной роли оксида азота и продуцирующих его клеток в морфогенетических процессах в нервной системе (Mize et all, 1998). В перивентрикулярном слое пролиферативных зон, на границе эпендимной выстилки мозгового желудочка и стенки мозга, располагается слой матричных клеток, в котором идут процессы активного деления камбиальных клеток и начинается миграция молодых нейро- и глиобластов в толщу стенки мозга. Показано, что нейротрансмиттеры, синтезированные в клетках предшественниках в пролиферативных зонах развивающегося мозга выходят в межнейронные пространства, где они могут выступать в качестве регуляторов нейро и глиогенеза, действуя по ауто- и паракринному механизму на рост отростков развивающихся нейронов и миграцию нейробластов (Bicker, 2005; Platel et all, 2010, Ugrumov, 2010). Иммуногистохимическое выявление NOS-синтазы и NADPH-диафоразы в клетках пролиферативных зон головного мозга амурского осетра Acipenser shrenkii , лосося-симы Oncorhynshus masou и костистой рыбы горчака Rhodeus rericeus подтверждает роль оксида азота как модулятора и регулятора пролиферативных процессов в ЦНС позвоночных животных (Пущина, Обухов, 2010; Пущина и др., 2011, в печати).

Таким образом, NO-продуцирующие клетки (нейроны, глия) широко распространены в структурах головного и спинного мозга позвоночных животных, где участвуют в регуляции важнейших функций как нервной системы, так и других систем организма.

Сероводород, H₂S относительно недавно был обнаружен в ЦНС позвоночных животных (Abe, Kimura, 1996). Он синтезируется из серосодержащей аминокислоты L-цистеина с помощью ферментов цистотионин-β - синтазы (CBS) и цистатионин γ-лиазы (CSE). (Нейрохимия 2010). В центральной нервной системе рыб CBS маркирует нейроны, волокна, глию и сосуды (Puschina et all, 2011). Так в конечном мозге симы Oncorhynshus masou H₂S локализован в телах клеток, синапсах и волокнах, где он может действовать как классический нейромедиатор и/или нейромодулятор. В нейронах дорсальной и вентральной областей конечного мозга рыб наиболее распространенным нейромедиатором является ГАМК, отличаясь при этом высокой степенью синаптической пластичности. Показано, что у млекопитающих H₂S регулирует различные подтипы ГАМК-рецепторов, локализованные на пре- и постсинаптических мембранах. Стимуляция таких рецепторов индуцирует длительное торможение постсинаптической передачи в нейронах гиппокампа - важного центра лимбической системы мозга, связанной с эмоциональной сферой и процессами памяти. С другой стороны, действуя на пресинаптические ГАМК-рецепторы H₂S активирует их, обеспечивая, таким образом, равновесие между процессами возбуждения и торможения (Han Y. et all, 2005). В наших исследованиях на симе были выявлены CBS-имммунореактивные волокна варикозного типа и аксо-соматические контакты на ГАМК-эргических нейронах. Возможно, в конечном мозге рыб, также как и у млекопитающих, H₂S выступает в качестве модулятора ГАМК-ергической нейротрансмиссии. Многочисленные CBS-иммунореактивные нейроны и волокна были отмечены в стволовой части мозга рыб (в среднем мозге, мозжечке, ретикулярной формации), где сероводород выступает как модулятор висцеро-сенсорных и моторных систем ствола мозга. Интересно отметить, что в ретикулярной формации выявляются гетерогенные популяции NO- и CBS-реактивных нейронов, модулирующие ГАМК- и холинергические системы продолговатого мозга.

Сероводород, как нейроактивная субстанция, вовлечен в защиту нейронов от окислительного стресса. Известно, что восстановленный глутатион выполняет роль одного из основных антиоксидантных протекторов мозга. Повышение уровня синтеза сероводорода в мозге приводит к повышению уровня глутатиона, что защищает нейроны от апоптоза в условиях окислительного стресса, запускаемого повышенным уровнем L-глутамата

Сероводород способны синтезировать и глиальные клетки мозга, где он включается в осуществление функции регуляции кислотно-щелочного гомеостаза в нервной ткани. В отличие от нейронов, передающих сигналы путем генерации потенциалов действия, глиальные клетки «общаются» друг с другом и нейронами путем регуляции кальциевых потоков в мозге. Показано, что H₂S существенно влияет на концентрацию ионов кальция, генерируя т.н. «кальциевые» волны в астроцитах и нейронах (Вараксин, Пущина, 2011; Garcia-Bereguiain et all., 2008).

Обнаружение CBS-иммунореактивных клеток и волокон в пролиферативных зонах головного мозга рыб позволили предположить, что сероводород играет определенную роль в процессах пре- и постнатального нейрогенеза в ЦНС позвоночных животных. Недавние исследования на млекопитающих показали, что молодые нейроны до образования межнейронных связей, активно синтезируют в межклеточные пространства развивающегося мозга разнообразные сигнальные молекулы, в том числе нейромедиаторы и нейромодуляторы, регулирующие процессы нейро- и глиогенеза. (Ugrumov, 2010). Выявленная H₂S активность в клетках перивентрикулярных зон мозга карпа Cyprinus carpio и симы Oncorhynshus masou позволяет предположить аналогичную роль сероводорода в нейрогенетических процессах в головном мозге рыб (Пущина и др., 2011, в печати).

Таким образом, в ЦНС помимо традиционных нейромедиаторов, активную роль в регуляции многочисленных функций нервной системы и организма играют молекулы газообразных веществ: оксид азота (NO) и сероводород (H₂S) расширяя спектр биологически активных соединений в нервной системе позвоночных животных и человека.

1. Андреева Н.Г., Обухов Д.К. Эволюционная морфология нервной системы позвоночных. - СПб.: Изд-во Лань, 1999. - 384 с.
2. Вараксин А.А., Пущина Е.В. Сероводород как регулятор системных функций у позвоночных // Нейрофизиология. - 2011. - Т.43, № 1. - С. 73-84.
3. Нейрохимия. - СПб.: Изд-во СПбГУ, 2010. - 285 с.
4. Пущина Е.В. Нитроксидергическая организация ядер краниальных нервов продолговатого мозга костистых рыб // Цитология. - 2007 - Т. 49 - С. 471-483.
5. Пущина Е. В., Обухов Д. К. NADPH-диафораза, нейрональная NO-синтаза и тирозин гидроксилаза в ядрах промежуточного мозга горчака Rhodeus sericeus (Cyprynidae: Teleostei) // Цитология. - 2010 - Т. 52. - C. 739-748.
6. Пушина Е.В., Вараксин А.А., Обухов Д.К. Газообразные посредники в головном мозге симы Oncorhynshus masou // Ж.эвол.физиол. и биохимии 2011 (в печати).
7. Abe K., Kimura H. The possible role of hydrogen sulfide as an endogenous neuromodulator // J. Neurosci. - 1996. - Vol. 16. - P. 1066-1071.
8. Abe K., Kimura H. The possible role of hydrogen sulfide as an endogenous neuromodulator // J.Neurosc. - 1996 - Vol. 16, - P. 1066-1071.
9. Bicker G. Stop and go with NO: nitric oxide as regulator of cell motility in simple brains // Bio Essays. - 2005 - Vol. 27. - P. 495-505.
10. Han Y., Qin J., Chang X., Yang Z., Bu D., Du J. Modulating effect of hydrogen sulfide on gamma-aminobutyric acid B receptor in recurrent febrile seizures in rats // Neurosci. Res. - 2005. - Vol. 53. - P. 216-219.
11. Garcia-Bereguiain M.A. et all. Hydrogen sulfide raises cytosolic calcium in neurons though activation of L-type Ca⁺² channels // Antioxd.Redox Signal. - 2008. - Vol. 10. - P. 31-42
12. Mize R.R., Dawson T.M., Dawson V.L, Fridlander M.J Nitric oxide in brain development, plasticity and desiase // Prog.Brain Res. - 1998. - Vol. 118. - P. 1-302.
13. Pushchina E.V., Varaksin A.A., Obukhov D.K. Cystathionine β-synthase in the CNS masu salmon Oncorhynchus masou (Salmonidae) and carp Cyprinus carpio (Cyprinidae) // Neurochem. J. - 2011. - Vol. 5. - P. 24-34.
14. Platel J.C., Stamboulian S., Nguyen I., Bordey A. Neurotransmitter signaling in postnatal neurogenesis: the first leg // Brain Res. Rev. - 2010 - Vol. 63. - P. 60-71.
15. Ugrumov M.V. Developing brain as an endocrine organ: a paradoxical reality // Neurochem.Res. - 2010. - Vol. 35. - P. 837-850.
16. Wullimann M.F. The central nervous system // The Physiolofy of Fishes. - 1998 / Ed. D.H. Evans / New York: CRC Press. - P. 245-282.

Библиографическая ссылка